管道内壁侵蚀形状识别的无网格法研究

本文使用直接配点无网格法结合共轭梯度法对管道内壁面侵蚀状况进行了反演识别。直接配点无网格法使用节点离散求解区域,采用移动最小二乘近似构造试函数,直接配点法构造线性方程组进行导热正问题求解;反演过程采用共轭梯度法使目标函数最小化,Akima三次样条插值将连续的几何边界反演问题转化为离散点几何位置的反演,并最终将这些离散点拟合成为光滑曲线。文中选择两个典型算例对数值方法进行验证,模拟结果表明使用直接配点无网格法结合共轭梯度法进行管道内壁几何边界识别具有较高精度。     

FGMs稳态热传导分析的重心Lagrange插值配点法

提出一种求解二维功能梯度材料（FGMs）稳态热传导问题的重心Lagrange插值配点法.基于Chebyshev节点构造二维重心Lagrange插值函数及其偏导数，然后基于配点法将其直接代入FGMs热传导问题的控制方程和边界条件，得到系统离散方程.重心Lagrange插值配点法是一种真正的无网格方法，很好地融合了重心Lagrange插值和配点格式的优势，具有高效、稳定、高精度和易于数值实现的优点.采用重心Lagrange插值配点法分别对指数型、二次型和三角型FGMs热传导问题进行数值模拟.结果表明：该方法具有较高的计算效率和计算精度，对材料梯度参数的变化不敏感.可以进一步拓展到FGMs瞬态问题和FGMs的热力耦合分析.     

带源参数的热传导反问题的无网格方法

利用无网格有限点法求带有源参数的一维热传导反问题，推导了相应的离散方程.与其他基于网格的方法相比，有限点法采用移动最小二乘法构造形函数，只需要节点信息，不需要划分网格，用配点法离散求解方程，可以直接施加边界条件，不需要在区域内部求积分，减小了计算量.用有限点法求解热传导反问题具有数值实现简单、计算量小、可以任意布置节点等优点.最后通过算例验证了该方法的有效性.     

移动边界问题的时空域正则区域迭代配点法

考虑热传导方程的移动边界问题,其定解区域随着时间而变化。构造一种时空域上的高精度数值算法求解1+1维移动边界问题。在时空域上假设一个初始移动边界位置,构成移动边界问题的不规则计算区域,选择一个适当的正则区域（矩形区域）完全覆盖所计算的不规则区域,在正则区域上利用移动边界约束条件和固定边界条件,采用时空域重心插值配点法求解1+1维扩散方程,得到正则区域上扩散方程数据。采用二维重心插值计算假设移动边界上函数关于时间偏导数的数值,进而利用一维重心插值配点法求解移动界面控制常微分方程,得到新的假设移动界面位置。重复上述流程,最终得到问题的数值解和移动界面的最终位置。通过典型数值算例验证所建立的数值方法的有效性和数值计算精度。     

基于变分原理的二维热传导方程差分格式

研究二维热传导方程的差分数值模拟.用变分原理在不规则结构网格上建立热流通量形式的差分格式.将热流通量作为未知函数求泛函极值,并与温度函数联立求解.克服通常九点格式用插值方法计算网格边界上的热传导系数和网格结点上的温度所引入的误差.     

轴对称构件受力分析的插值粒子法

面对土木工程与机械工程中广泛存在的轴对称力学问题, 采用具有离散点插值特性的无网格方法形函数, 结合弹性力学空间轴对称问题的最小势能原理, 建立了轴对称构件力学分析的插值粒子法. 本文无网格法方法构造形函数不依赖网格, 也具有像有限元法一样可直接施加边界条件的优点. 本方法能直接获得全域连续应力场, 避免了有限元法应力后处理二次拟合带来的计算误差. 最后通过实例分析, 验证了所建立的无网格方法的有效性.     

热传导方程的一类无网格方法

构造求解热传导方程的一类无网格方法,只要选择好每个节点的适当的邻点集合,便可利用节点信息顺利进行计算.作为特殊情形,也可在各种结构或非结构网格上进行计算.在矩形或均匀平行四边形网格上进行计算时具有二阶精度,当在任意的不规则四边形或三角形网格上计算时仍然是守恒的和相容的,且至少具有一阶精度.作为数值试验,将该方法用于在不规则四边形网格上及四边形与三角形混合网格上求解二维非线性抛物型方程,并在不规则四边形网格上求解二维三温辐射热传导方程,均获得了较为理想的数值结果.     

二维稳态热传导问题改进的EFG-SBM法

EFG-SBM法作为一种新型的边界型无网格法,兼顾了无单元Galerkin法和比例边界有限元法的优点,在环向用无单元Galerkin法进行离散简化了前处理和后处理工作量,径向解析可以直接求得物理场函数值,形函数高阶连续可以获得更加准确的计算结果。然而基于移动最小二乘法构造的形函数缺乏Kronecker Delt,a函数性质,因此在本质边界条件的施加上存在困难。本文将滑动Kriging插值法与EFG—SBM法相结合提出了改进的EFG-SBM法,由于滑动Kriging插值法构造的形函数满足Kronecker Delta函数性质,因此这方便了本质边界条件的施加。进一步将这种方法用于二维稳态热传导问题的求解,通过裂纹体和无限域传热等五个算例表明,改进的EFG-SBM法比传统的比例边界有限元法具有更高的计算精度和更快的收敛速率,同时在热流密度的处理上避免了传统的比例边界有限元法需采用的磨平技术。     

奇异源项问题的重心插值数值解

点源热传导问题和集中力作用梁变形问题的数学模型中,源项为奇异的Delta函数.采用数值稳定性好的重心型插值近似未知函数,利用Delta函数与Heaviside函数的导数关系以及Delta函数的积分筛选性,建立求解含有奇异源项问题的重心插值配点法和重心插值Galerkin法.通过数值算例比较两个方法的有效性和计算精度.     

中厚板弯曲问题的Kriging插值无网格法

基于Reissner-Mindlin板弯曲理论,将Kriging插值无网格法应用于中厚板弯曲问题,推导相应的离散方程.该方法可以只依赖于一组离散的节点建立试函数,有效地避免了复杂的网格划分和网格畸变的影响.相对于无网格法中常用的移动最小二乘近似而言,滑动Kriging插值法的形函数满足Kronecker delta函数性质,可以直接施加本质边界条件.算例分析表明,用Kriging插值无网格法分析中厚板弯曲问题,具有效率高,精度高和易于实现等优点.     

Multi-Symplectic Wavelet Collocation Method for Maxwell's Equations

In this paper, we develop a multi-symplectic wavelet collocation method for three-dimensional (3-D) Maxwell's equations. For the multi-symplectic formulation of the equations, wavelet collocation method based on autocorrelation functions is applied for spatial discretization and appropriate symplectic scheme is employed for time integration. Theoretical analysis shows that the proposed method is multi-symplectic, unconditionally stable and energy-preserving under periodic boundary conditions. The numerical dispersion relation is investigated. Combined with splitting scheme, an explicit splitting symplectic wavelet collocation method is also constructed. Numerical experiments illustrate that the proposed methods are efficient, have high spatial accuracy and can preserve energy conservation laws exactly.     

弹性力学的复变量无网格方法

在移动最小二乘法的基础上，提出了复变量移动最小二乘法.复变量移动最小二乘法的优点是采用一维基函数建立二维问题的逼近函数，所形成的无网格方法计算量小.然后，将复变量移动最小二乘法应用于弹性力学的无网格方法，提出了复变量无网格方法，推导了复变量无网格方法的公式.与传统的无网格方法相比，复变量无网格方法具有计算量小、精度高的优点.最后给出了数值算例. 关键词： 移动最小二乘法 复变量移动最小二乘法 无网格方法 弹性力学 复变量无网格方法     

On Convergence of a Least-Squares Kansa's Method for the Modified Helmholtz Equations

We analyze a least-squares asymmetric radial basis function collocation method for solving the modified Helmholtz equations. In the theoretical part, we proved the convergence of the proposed method providing that the collocation points are sufficiently dense. For numerical verification, direct solver and a subspace selection process for the trial space (the so-called adaptive greedy algorithm) is employed, respectively, for small and large scale problems.     

A Truly Boundary-Only Meshfree Method Applied to Kirchhoff Plate Bending Problems

The boundary particle method (BPM) is a truly boundary-only collocation scheme, whose basis function is the high-order nonsingular general solution or singular fundamental solution, based on the recursive composite multiple reciprocity method (RC-MRM). The RC-MRM employs the high-order composite differential operator to solve a much wider variety of inhomogeneous problems with boundary-only collocation nodes while significantly reducing computational cost via a recursive algorithm. In this study, we simulate the Kirchhoff plate bending problems by the BPM based on the RC-MRM. Numerical results show that this approach produces accurate solutions of plates subjected to various loadings with boundary-only discretization.     

瞬态热传导问题的复变量重构核粒子法

在重构核粒子法的基础上,引入复变量,讨论了复变量重构核粒子法.复变量重构核粒子法的优点是在构造形函数时采用一维基函数建立二维问题的修正函数.然后,将复变量重构核粒子法应用于瞬态热传导问题的求解,结合瞬态热传导问题的Galerkin积分弱形式,采用罚函数法引入本质边界条件,建立了瞬态热传导问题的复变量重构核粒子法,推导了相应的计算公式.与传统的重构核粒子法相比,复变量重构核粒子法具有计算量小、精度高的优点.最后通过数值算例证明了该方法的有效性. 关键词： 重构核粒子法 复变量重构核粒子法 修正函数 瞬态热传导问题     

A Collocation Method for Solving Fractional Riccati Differential Equation

In this article, we have introduced a Taylor collocation method, which is based on collocation method for solving fractional Riccati differential equation. The fractional derivatives are described in the Caputo sense. This method is based on first taking the truncated Taylor expansions of the solution function in the fractional Riccati differential equation and then substituting their matrix forms into the equation. Using collocation points, the systems of nonlinear algebraic equation are derived. We further solve the system of nonlinear algebraic equation using Maple 13 and thus obtain the coefficients of the generalized Taylor expansion. Illustrative examples are presented to demonstrate the effectiveness of the proposed method.     

A novel stochastic collocation method for uncertainty propagation in complex mechanical systems

This paper presents a novel stochastic collocation method based on the equivalent weak form of multivariate function integral to quantify and manage uncertainties in complex mechanical systems. The proposed method, which combines the advantages of the response surface method and the traditional stochastic collocation method, only sets integral points at the guide lines of the response surface. The statistics, in an engineering problem with many uncertain parameters, are then transformed into a linear combination of simple functions’ statistics. Furthermore, the issue of determining a simple method to solve the weight-factor sets is discussed in detail. The weight-factor sets of two commonly used probabilistic distribution types are given in table form. Studies on the computational accuracy and efforts show that a good balance in computer capacity is achieved at present. It should be noted that it’s a non-gradient and non-intrusive algorithm with strong portability. For the sake of validating the procedure, three numerical examples concerning a mathematical function with analytical expression, structural design of a straight wing, and flutter analysis of a composite wing are used to show the effectiveness of the guided stochastic collocation method.     

FY-3A/MERSI热红外通道在轨辐射定标精度评估

卫星资料辐射定标精度是其定量应用的关键因素。以METOP-A/IASI的高光谱探测资料为传递基准,利用同时星下点观测的交叉定标方法,对 FY-3A/MERSI热红外通道的在轨辐射定标精度进行了客观评估,并给出了亮温系统偏差的订正因子。从观测时间差异、卫星观测天顶角和方位角差异、以及目标均匀性四个方面,分析了交叉定标中所用主要匹配近似因子的不确定性。分析结果表明,目标均匀性是匹配误差的主要来源,偏差不确定性小于2%(当亮温偏差约为1 K时,不确定性<0.02 K),其他因素的影响可以忽略。一年多的样本统计及偏差分析结果显示,MERSI的观测亮温明显高于IASI,年平均亮温偏差约(3.18±0.34) K,月平均亮温偏差呈现季节波动特征,波动幅度约0.8 K。与相近时期敦煌场和青海湖地同步观测评价结果有非常好的一致性。初步原因分析推断,造成MERSI亮温偏高的原因主要有两个,一是星上黑体发射率被高估,二是光谱响应函数向大气窗区漂移,后者可能为主导因素。